Was ist ein Elektrolyseur und wozu dient er?

An Elektrolyseur ist ein Gerät, das Wasser oder andere Bestandteile mithilfe von Elektrizität durch Elektrolyse in ihre Bestandteile zerlegt. Die Elektrolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein elektrischer Strom durch eine Substanz fließt und diese in ihre Grundbestandteile zersetzt.

Bei der Wasserelektrolyse nutzt ein Elektrolyseur elektrischen Strom, um Wassermoleküle in Wasserstoff- und Sauerstoffgase zu spalten. Das Wasserstoffgas kann entweder als komprimiertes Gas oder verflüssigt gespeichert werden. Der erzeugte Sauerstoff wird wieder an die Luft abgegeben oder aufgefangen und gespeichert, um ihn anderen industriellen Prozessen zuzuführen.

Die Komponenten eines Elektrolyseurs

Die Grundform einer Elektrolyseureinheit enthält eine Elektrolysezelle mit zwei Elektroden – einer Kathode (negative Ladung) und einer Anode (positive Ladung) – und einer Membran. Ein Elektrolyseursystem enthält die Elektrolyseurzellenstapel, Pumpen, Entlüftungen, Lagertanks, eine Stromversorgung, einen Separator und andere Betriebskomponenten.

Die Elektrolyse findet innerhalb der Zellstapel statt, wenn ein elektrischer Strom über die Elektrolyte angelegt wird. Die Anode zieht die negativ geladenen Hydroxidionen (OH-) an und setzt Sauerstoffgas (O2) frei. Die Kathode zieht die positiv geladenen Wasserstoffionen (H+) an und setzt Wasserstoffgas (H2) frei.

Wofür werden Elektrolyseure verwendet?

Elektrolyseure werden hauptsächlich zur Erzeugung von Wasserstoffgas verwendet. Wasserstoff ist für industrielle Prozesse, einschließlich Ammoniak Produktion für Düngemittel und Kraftstoff für Brennstoffzellenanwendungen wie z Busse, Lastwagen und schult Ehrenamtliche. Sie können zur Energiespeicherung genutzt werden, indem sie überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind-, Sonnen- und Wasserkraft in Wasserstoffgas umwandeln. Das Gas kann dann komprimiert, gespeichert und nach Bedarf verwendet werden.

Elektrolyseure variieren in Größe und Funktion und sind skalierbar, um verschiedene Eingabe- und Ausgabeanforderungen zu erfüllen. Ihr Fußabdruck kann von kleinen industriellen Elektrolyseanlagen reichen, die in Schiffscontainern für die Produktion vor Ort installiert sind, bis hin zu großen zentralisierten Wasserstoffproduktionsanlagen, die Wasserstoff per LKW liefern oder an Pipelines für die Erdgasmischung angeschlossen werden können.

Elektrolyseure sind ebenfalls eine ergänzende Technologie dazu Brennstoffzellen. Ähnlich wie eine Batterie produzieren Brennstoffzellen Strom und Wärme. Im Gegensatz zu einer Batterie kann eine Brennstoffzelle endlos Strom produzieren, wenn ein Brennstoff – wie Wasserstoff – kontinuierlich zugeführt wird. Brennstoffzellen, die Wasserstoff verwenden, erzeugen Strom, der am Verwendungsort für seine Anwendungen emissionsfrei ist, was bedeutet, dass fossile Brennstoffe nicht benötigt werden und keine schädlichen Emissionen entstehen.

Die verschiedenen Arten von Elektrolyseuren

Es gibt drei Haupttypen der Wasserelektrolysetechnologie: Protonenaustauschmembran (PEM), Alkali und Festoxid. Jeder Elektrolyseur funktioniert je nach Elektrolytmaterial etwas anders. 

Elektrolyseure mit Protonenaustauschmembran (PEM).

PEM-Elektrolyseure enthalten eine Protonenaustauschmembran, die einen festen Polymerelektrolyten verwendet. Wird bei der Wasserelektrolyse elektrischer Strom an seinen Zellstapel angelegt, spaltet sich das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Die Wasserstoffprotonen passieren die Membran, um auf der Kathodenseite H2 zu bilden. 

Alkalische Elektrolyseure

Alkalische Elektrolyseure enthalten Wasser und eine flüssige Elektrolytlösung wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH). Wenn Strom an eine alkalische Zelle angelegt wird, bewegen sich die Hydroxidionen (OH-) durch die Elektrolytlösungen von der Kathode zur Anode jeder Zelle. Die Wasserstoffgasblasen werden an der Kathode erzeugt und das Sauerstoffgas wird an der Anode erzeugt.

Festoxidelektrolyseure 

Festoxidelektrolyseure oder Festoxidelektrolysezellen (SOECs) sind Festoxidbrennstoffzellen, die im regenerativen Modus betrieben werden. Ein SOEC verwendet einen Festoxid- oder Keramikelektrolyten. Wenn Strom angelegt wird und Wasser in seine Kathode eingespeist wird, wandelt sich das Wasser in Wasserstoffgas und Oxidionen um. Während das Wasserstoffgas zur Reinigung aufgefangen wird, bewegen sich die Oxidionen zur Anode und geben Elektronen an einen externen Kreislauf ab, um zu Sauerstoffgas zu werden.

Elektrolyseure und grüne Wasserstoffproduktion

Grüner Wasserstoff ist erneuerbarer Wasserstoff, der mit Wasserelektrolysetechnologie und Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne oder Wind erzeugt wird. Es gewinnt weltweit an beispielloser Dynamik, und Accelera glaubt, dass es eine Schlüsselkomponente bei der Beschleunigung des Übergangs zu sauberer Energie ist. Die Kommerzialisierung von Elektrolyseuren kann grünen Wasserstoff leichter verfügbar machen und Energiesysteme auf der ganzen Welt in die Lage versetzen, grundlegende Veränderungen vorzunehmen, um Emissionen zu senken und ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern.